DE2352045A1 - Verfahren zur beseitigung von diskontinuitaeten in einem quarzgegenstand - Google Patents

Verfahren zur beseitigung von diskontinuitaeten in einem quarzgegenstand

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DE2352045A1
DE2352045A1 DE19732352045 DE2352045A DE2352045A1 DE 2352045 A1 DE2352045 A1 DE 2352045A1 DE 19732352045 DE19732352045 DE 19732352045 DE 2352045 A DE2352045 A DE 2352045A DE 2352045 A1 DE2352045 A1 DE 2352045A1
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

GÜNTHER M. DAVID
Pafentasssssor /
Anmelder: N. Y. PHILIPS1 GLOEILAMPENFABRIEKEN
Akte; PH N-6>(>0% Anmeldung vom« 45· 40«
PHN.6603.
KTS/EVH. 2.10.1973.
"Verfahren zur Beseitigung von Diskontinuitäten in einem Quarzgegenstand11
Die Erfindung bezieht eich auf ein Verfahren zum mittels einer Wärmebehandlung Beseitigen von Diskontinuitäten in einem langgestreckten Quarzgegenstand, bei welchem Verfahren eine Relativbewegung des Gegenstandes in bezug auf eine konzentrierte Wärmequelle verwirklicht wird, welche Bewegung in einer Richtung erfolgt, die praktisch parallel ^zur Längsachse de.s Gegenstandes ist, und bei dem ein für die Wärmequelle erforderliches Gas derart zum Gegenstand geführt wird, dass es sich wenigstens in Höhe der Wärmequelle in der NJihe des Gegenstandes befindet, wobei der Gegenstand örtlich bis Über seine Erweichungstemperatur, erhitzt wird.
409820/0727
- 2 - PHN.6603.
2.10.73.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie auf einen gemäss diesem Verfahren hergestellten Quarzgegenstand· ' '
Ein bekanntes Verfahren der erwähnten Art wurde z.B. im ersten Zusatz 32 970 zur französischen Patentschrift 588 beschrieben. In diesem französischen Zusatzpatent handelt es eich um die Glättung der Oberfläche eines langgestreckten Quarzgegenstandes· Die Entfernung von Diskontinuitäten bedeutet dort denn auch die Beseitigung örtlicher' Rauhigkeiten dieser Oberfläche» Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, dass die Wärmequelle im wesentlichen nur eine Seite des Quarzgegenstandes erhitzt« Zur Glättung der Quarzoberfläche ist dabei eine Drehung dieses Gegenstandes erforderlich·» In diesem französischen Zusatzpatent wird auch erwähnt,, dass die Wärmequelle ein elektrischer Lichtbogen sein kann. Es wird nicht näher erläutert, Vo sich dieser Lichtbogen befindet. Auch wird nicht erwähnt, dass sich dieser Lichtbogen um einen Querschnitt des Gegenstandes herum befinden könnte. Ein allgemeiner Nachteil des Verfahrens gemäss dem erwähnten französischen Zusatzpatent ist denn auch, dass zur gleichzeitigen gleichmässigen Erhitzung der Aussenwand einer Scheibe des
Quarzgegenstandes mindestens zwei gleichzeitig wirksame konzentrierte Wärmequellen erforderlich sind und/oder eine Rotation des Gegenstandes stattfinden muss. Eine innere Wärmebehandlung im Falle eines rohrförmigen Gegenstandes wird in diesem Zusatzpatent überhaupt nicht erwähnt.
Die Erfindung bezweckt, den erörterten Nachteil zu
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- ■ - 3 - ' PlIN. 6603.
2.10.73.
vermeiden oder wenigstens zu v©rring@ra»
Ein V-ey fahren" gemSss ά@τ Erfindung zum mittels einer Wärmebehandlung Beseitigen von Diskontinuitäten la einem langgestreckten Quarzgegenstand, bei welchem Verfahren eine Relativbex-jegung des Gegenstandes in bezug auf eine konzentrierte Wärmequelle verwirklicht wird, welch® Seweguag In einer Richtung erfolgts die praktisch, parallel ztar Längsaehs® dieses Gegenstandes 1st», und "bsi "-dent eis für di© Wärmequelle erforderliches Gas derart zum'Gegenstand geführt wirds dass es sich wenigstens in Höhe der Wärmequelle la" d©r Näh© des Gegenstandes befindet, wobei ά@τ G©gesistand Örtlieii bis über seine Erweichungstemperatur erhitzt wirdg ist dadurch gekennzeichnete dass di© R'ol&tiVfoewegung d©s Gegenstandes- eine Bewegung ia bezug auf eine ihn umgebende zur Wärmequelle gehörige elektrisch®"-Spule 1st^ wobei die Wärmequelle als Plasmabrenner ausgebildet ist0
Unter einem Plasmabrenner ist in diesem Zusammenhang eine Entladungsvorrichtung zu verstehen, bei der mittels eines Hochfrequenzwechselfeldes in ©isienj Glas ©in Plasma mit hoher Gastemperatur erzeugt wird, ■
Unter Diskontinuitäten sind hier Rillen und sonstige Unebenheiten in der Oberfläche des Quarzgegenstandes sowie Gaseinschlüsse zu verstehen, aber es ktSnnen darunter auch Verunreinigungen im Quarz, z„Be das Vorhandensein von Wasser und/oder nichtflüchtiger Verunreingungan (wie z.B9 Eisen und Kupfer), verstanden werden.
Ein Vorteil des erfindungsgeraiissen Verfahrens ist,
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- h - PHN.6603,
2.10.73.
dass der Gegenstand während der Durchführung des Verfahrens nicht gedreht zu werden braucht, Ferner ist bei diesem Verfahren infolge der Verwendung des Plasmabrenners die Erhitzung auf allen Seiten des Gegenstandes praktisch gleich stark.
Das Gas kann z.B. an der Aussenseite des Quarzgegenstandes entlang geführt werden. Dabei wird die Spule an eine Hochfrequenzspannungsquelle gelegt und im Gas eine Plasmaentladung erzeugt, die nötigenfalls mit z.B. einer Hilfselektrode gezündet wird.
Bei einem Vorteilhaften Verfahren gemäss der Erfindung, bei dem der Gegenstand die Form eines Rohres hat, wird das Gas durch das Rohr geleitet und erfolgt die Plasmaentladung im Rohr.
Ein Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform ist, dass im Plasma die Gebiete' mit der höchsten Temperatur längs der Quarzwand liegen·
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemSssen Verfahrens, bei der der Gegenstand die Form eines Rohres mit einem Innendurchmesser von weniger als 5 mm hat, ist das Gas wenigstens zwischen dem Rohr und der elektrischen Spule vorhanden.
Ein Vorteil dieses Verfahrens lässt sich beispielsweise an hand von Purapstengeln aus Quarz erläutern» Wenn solche Stengel mit äusseren Rillen versehen sind, kann dies Undichtigkeiten herbeiführen, wenn diese Stengel mittels Pumpenabschlussglieder (Gximmiglieder) nn ein Vakuumsystem angeschlossen sind. Mit dem zuletzterwähnten bevorzugten
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- 5 - PHN.6603.
2.10.73.
Verfahren lassen sich die Susseren Stengelwände besonders gut glätten, wodurch solche Undichtigkeiten nicht mehr auftreten.
Bei einer weiteren bevorzugten AusfOhrungsform eines Verfahrens gemSss der Erfindung, bei dem der Geganstand die Form eines Rohres hat, dessen Länge grosser als die eines aus dem Rohr herzustellenden Produktes 1st, wird der Teil des Rohres, der im Betriebszustand des Plasmabrenners als letzter durch die elektrische Spule hindurchgeht, nachher entfernt, so ;.dass er keinen Teil des endgültigen Produktes bildet.
Ein Vorteil des zuletzterwähnten bevorzugten Verfahrens ist, dass Ais Qtiars befindliche Verunreinigungen " * grossenteils ins durcli die Spule erhitzten Teil mitwandern und schliesslich im nichtverwendeten letzten Teil des Rohres zurückbleiben, so d&ss dia Verunreinigungen im zur Verwendung gelangenden Teil des Quarzrohres verringert sind.
Bei einem weiteren besonderen Verfahren gem&ss dar Erfindung zur Bearbeitung rohrförraigsr Gegenstände findet das Verfahren als Teil eines Quarzrohrziehverfahrena Anwendung, bei dem das Gas für dl© Plasmaentladung in einem Quarzofen dem Quarzrohr zugeführt wird und dieses Rohr unmittelbar vom Ofen zum Plasmabrenner befördert wird·
Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, das3 unmittelbar beim Quarzrohrziehverfahren ein Quarzrohr erhalten werden kann, das frei von Streifen und weitgehend frei von Verunreinigungen ist.
Bei einer verbesserten Ausführungsform des letzteren
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<-. 6 - - ..... PHN.66O3.
2.ίο.73.
Verfahrens wird nach, dem Ziehen eines Quarzrohrteiles der Plasmabrenner auf eine geringere Wärmeentwicklung eingestellt, wonach mit der geringeren Wärmeentwicklung ein·verhältnismässig kurzzeitiger Ziehvorgang erfolgt, worauf der Plasmabrenner · wieder»auf die grosser© Wärmeentwicklung eingestellt wird, bei der dann das Ziehverfahren fortgesetzt wird.
Ein Vorteil dieser verbesserten Ausführungsform ist, dass bereits während des Ziehvorganges die Verunreinigungen beseitigt werden, denn sie werden in den verhältnismässig kurzen Quarzrohren "zurückgelassen, die während der geringeren Wärmeentwicklungen des Plasmabrenners gezogen worden sind.
Ee ist denkbar, dass die verunreinigten Quarzrohrteile nachher die Quetschfusstelle einer QuarzentladungsriShre 'bilden.
Geraäss einem weiteren bevorzugten Verfahren werden die kurzen Quarzrohre, die während der geringeren Wärmeentwicklung gezogen worden sind, bei der weiteren Verarbeitung dee Quarzes von den übrigen Quarzrohrteilen getrennt. Die kurzen Quarzrohre können dann verschrottet werden.
Bei einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäss der Erfindung, die eine als Plasmabrenner ausgebildete Wärmequelle enthält, die mit einer elektrischen Spule versehen ist, während eine Gaszuführung vorgesehen ist, ist die Stärke (intensität) der elektrischen Speisung der Spule und/oder der Gaszufuhr regelbar.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass in geeigneten Augenblicken die Stärke der Wärmeentwicklung des Piasraabrenners verändert werden kann, wodurch die von Ver-
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uaireinigungen gesäuberten Quarzrohre von den nunmehr die Varimreiaigungen enthaltenden Quarzrohrteilen getrennt werden, können.
Dabei kann der Plasmabrenner entweder völlig gelöscht werden oder auf niedriger» Stärke brennen.
Nachstehend wird die Erfindung an hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert« Es zeigt»
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäss der Erfindung mit einem Quarzofen und einem Plasmabrenner zur Beseitigung von Diskontinuitäten in einem gezogenen Quarzrohr,
Fig. 2 schematisch eine zweite Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung, die ebenfalls mit einem Plasmabrenner versehen ist, die hier im wesentlichen zux* Beseitigung von Rillen in der Aussenoberflache von Quarzstenge In, z.B. Pumpstengeln, dient.
Xn Fig. 1 bezeichnet 1 ein Gefäss eines Ofens, der In nicht näher erläuterter Weise erhitzt wird. Die Bezugsziffer bezeichnet; eine flüssige Quarzmasse im Ofen. Quarz wird in festem Zustand durch einen Zuführungskanal in den Ofen gegeben· Erstarrender Quarz flieset durch eine ringförmige Oeffnung 4 heraus. Der rohrförmige Quarzstrom iet mit 5 bezeichnet. Die Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Argongas enthaltenden Behälter. Das Argon wird durch ein Ventil 8 und einen Kanal 9 dem Ofen 1 zugeführt. Durch einen Verbindungsteil 10 fliesst das Ar^on in das Innere des Quarzrohres 5· In kurzer Entfernung unter dem Öfen 1 ist eine elektrische
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.- . « 8 r - · -; ··-· PHN. 6603.
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Spule 11 angeordnet, die das Quarzrohr 5 umgibt« Diese Spule wird aus einem Hochfrequenzgenerator 12 gespeist, der an zwei Elngangsklemmen 13 und 14 angeschlossen ist. Der Hochfrequenzgenerator 12 ist regelbar·
Das mit dieser Vorrichtung durchzuführende Verfahren zur Erhaltung eines etreifenfreien klaren Quarzes ist wie folgt. Der. Quarz fliesst durch die Oeffnung k aus dem Ofen, und das sich dort ergebende Quarzrohr 5 bewegt sich mit regelmässiger geschwindigkeit durch die Spule 11 hindurch. Da an der Spule 11" eine Hochfrequenzspannung liegt und im Argongas an der Stelle der Spule eine Entladung durch eine nicht näher dargestellte Zündvorrichtung gezündet ist, ergibt eich in Höhe der Spule 11 eine innere Erhitzung des Quarzrohres 5· Etwaige Gaseinschlüsse in der Vand des Rohres 5 verschwinden, weil sie mit dem Innern des Quarzrohres 5 in offene · Verbindung gesetzt werden* Ausserdent wird durch diese Erhitzung dafür gesorgt, dass etwaige Verunreinigungen im Quarz derart verschoben werden, dass sie im zuletzterhitzten Teil des Quarzrohres konzentriert werden. Nachdem auf diese Weise ein so langes Quarzrohr gezogen worden ist, dass die Konzentration der Verunreinigungen im zuletzt gezogenen Teil unerwünscht hoch wird, wird die Einstellung des Hochfrequenzgenerators 12 derart geändert, dass sich die Intensität der Plasmaentladung in der Spule 11 stark verringert, wonach ein weiteres Rohrstück mit einer Länge, die mindestens gleich der Höhe der elektrischen Spule ist, gezogen wird. Dann wird der Generator 1 .'2 wieder auf die AnfaiigsintensitHt eingestellt und der Zieh-
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- 9 - * ΡΗΓΓ.66Ο3.
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Vorgang fortgesetzt» In einer weiteren Stufe des Verfahrens wird dasjenige Stück des Quararohres 5» d&s bei der verringerten Intensität des Plasmabrenners und somit bei der verringerten Intensität der Speisung der Spule 11 gezogen worden war, vom Rohr-getrennt und vernichtet, denn es ist der Teil, in dem sich die Verunreingimgen des übrigen Teiles des Quarzrohres angehäuft haben. Sin Vorteil dieser Vorrichtung ist somit, dass mit ihr ein praktisch streifenfreier und sehr klarer Quer» erzielbar ist. Di© Hilfsvorrichtung 12 und der Plasmabrenner 11 könnest beispielsweise einem üblichen Quarzofen 1 zugesetzt werden.
Fig. 2 zeigt ©in Qua^srohr 30 mit verhältnismäßig kleinem Innendurchmesser von z.B. drei mm. Dieses Rohr dient z.B. nachher als Pumpstengel, mit dessen Hilfe ein· Glühlampe während der Herstellung evakuiert oder ein« Entladungsröhre evakuiert und dann mit Gas gefüllt wird. Eine elektrische Spule 31 ist an einen Hochfrequenzgenerator 32 angeschlossen. Die Bezugsziffer 33 bezeichnet einen flüssigkeitsgefüllten Kühlzylinder» Die Bezugsziffern 34 und 35 bezeichnen zwei Düsen für die Gaszufuhr, während die Bezugsziffern 36 und 37 zwei in der Nähe des oberen Endes des Stengels 30 angeordnete Rohre bezeichnen, die das Gas in der Richtung der Pfeile wieder absaugen. Im Gas, das durch die Düsen Jk und 35 zwischen den Stengel 30 und den Kühlzylinder 33 gebracht ist, wird durch eine Hochfrequenzspeisung der Spule 31 eine Plasmaentladung hervorgerufen, die Värme erzeugt. Der Stengel 30 wird entlang der Spuleachse bewegt und zwar in eine Richtung, die praktisch
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- 10 - PHN.66O3.
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parallel zur Längsachse dieses Stengels ist, wobei seine Aussenoberflache erhitzt wird, so dass etwaige Rillen, in dieser Oberfläche beseitigt werden.
Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass, wenn der Stengel als Pumpstengel benutzt wird, praktisch keine Undichtigkeiten zwischen dem Stengel und dem Pumpmechanismus mehr auftreten«
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Claims (1)

1t - .' -ν PHW. 6603.
2.10.73.
PATENTANSPRUECHE j
1 . Verfahren zum mit Hilfe einer Wärmebehandlung Beseitigen, von Diskontinuitäten in einem langgestreckten Quarsgegenstand, bei welchem Verfahren eine Relativbewegung des Gegenstandes in bezug auf eine konzentrierte Wärmequelle in einer Richtung, die praktisch parallel zur Längsachse dee Gegenstandes ist, erfolgt und ein für die Wärmequelle erforderliches Gas derart zum Gegenstand geleitet wird, dass es sich wenigstens in Höhe dieser Wärmequelle in der Nähe des Gegenstandes befindet, wobei der Gegenstand örtlich bis über seine Erweichungstemperatur erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet! dass die Relativbewegung des Gegenstandes eine Bewegung in bezug auf eine ihn umgebende zur Wärmequelle gehörige elektrische Spule ist, wobei die Wärmequelle als Plasmabrenner ausgebildet ist.
2« Verfahren nach Anspruch 1„ bei dem der Gegenstand .die Form eines Rohres hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas durch das Rohr hindurchgeleitet wird, wobei die Plasmaentladung im Rohr erfolgt.
3· Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Gegenstand die Form eines Rohres hat, dessen Innendurchmesser kleiner als 5 mm ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas wenigstens zwischen dem Rohr und der elektrischen Spule vorhanden ist. h· Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Gegenstand die Form eines Rohres hat, dessen Länge grüsser als die eines aus ihm herzustellenden Produktes ist, dadurch gekennzeichnet,
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PHN.66O3.
2.10.73.
-12-
dass derjenige Teil des Rohres, der im Betriebszustand des Plaemabrenners als letzter· durch di© θlektirisch© Spule hindurchgeht , nachher entfernt wird und somit keinen Teil dieses Produktes bildet.
5# Verfahren nach Anspruch 1 zur Bearbeitung rohrförmiger Gegenstände, angewandt als Teil eines Quarzroiiraiehverf ahrens, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas für die Plasmaentladung in einem Quarzofen dem Quarssrohs8 abgeführt wird, wobei dieses Rohr unmittelbar vom Ofen zuih Plasmabrenner befördert wird. 6· Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ziehen eines Quarzrohrteiles der Plasmabrenner auf ein» geringere Wärmeentwicklung eingestellt wird, dass dann mit dieser geringeren WSrmeentwicklung des Plasmabrenners ein verhaltnism&ssig kurzzeitiger Ziehvorgang erfolgt, wonach der Plasmabrenner wieder auf dia grosser· Wärmeentwicklung eingestellt und das Ziehverfahren fortgesetzt wird. 7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein verhältnismäseig kurzes Quarzrohr, das während der geringeren Wärmeentwicklung des Plasmabrenners gezogen worden ist, von den übrigen Quarzrohrteilen getrennt wird. 8, Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3t ht 5» 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, dass eine als Plasmabrenner ausgebildete Wärmequelle vorgesehen ist, die mit einer elektrischen Spul© versehen ist, wobei eine Gaszufuhr vorhanden ist, während die Intensität der elektrischen Speisung der Spule und/oder die Gaszufuhr regelbar ist bzw. sind.
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~ 13 - ' PHN.6603.
2,10.73.
9. Langgestreckter * Quarzgagenstami, insbesondere Quarz· rohr, der bzw. das geraäss einesn Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1? 2, 3S ^» 5» 6 oder 7 hergestellt worden ist« '
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